package com.bwt.algorithm.kruskal;

import java.util.Arrays;

public class KruskalCase {
    private int edgeNum; //边的个数
    private char[] vertexs; //顶点数组
    private int[][] matrix;//邻接矩阵
    //INF 表示两个顶点不连通
    private static final int INF = Integer.MAX_VALUE;
    public static void main(String[] args) {
        char[] vertexs = { 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G' };
        //克鲁斯卡尔算法的邻接矩阵
        int matrix[][] = {
                /*A*//*B*//*C*//*D*//*E*//*F*//*G*/
                /*A*/ {   0,  12, INF, INF, INF,  16,  14},
                /*B*/ {  12,   0,  10, INF, INF,   7, INF},
                /*C*/ { INF,  10,   0,   3,   5,   6, INF},
                /*D*/ { INF, INF,   3,   0,   4, INF, INF},
                /*E*/ { INF, INF,   5,   4,   0,   2,   8},
                /*F*/ {  16,   7,   6, INF,   2,   0,   9},
                /*G*/ {  14, INF, INF, INF,   8,   9,   0}};

        //创建KruskalCase 对象实例
        KruskalCase kruskalCase = new KruskalCase(vertexs, matrix);
        //输出构建的
        kruskalCase.print();

        EData[] edges = kruskalCase.getEdges();
        System.out.println(Arrays.toString(edges));
        kruskalCase.sortEdge(edges);
        System.out.println("排序后: "+Arrays.toString(edges));
        kruskalCase.kruskal();
    }

    public void kruskal() {
        int index = 0;//表示最后结果数组的索引

        //ends [6, 5, 3, 5, 5, 6, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
        //下标对应着'A','B','C' 顶点 下标的值对应代表该顶点对应着的终点
        // getEnd会循环处理会最后返回该顶点的终点或它本身
        // 如果两个顶点的getEnd返回值一样 则说明他们会形成回路
        //即 加入的边的两个顶点不能都指向同一个终点，否则将构成回路 !!! 重要
        int[] ends = new int[edgeNum];//用于保存"已有已有最小生成树" 中的每个顶点在最小生成树中的终点
        //创建结果数组, 保存最后的最小生成树
        EData[] rets = new EData[edgeNum];

        //获取图中所有的边的集合, 一共有12条边
        EData[] edges = getEdges();

        //按照边的权值大小 从小到大进行排序
        sortEdge(edges);
        //遍历edge数组, 将边添加到最小生成树中时,判断是否形成了回路, 如果没有,就加入rets 否则不能加入
        for (int i = 0; i < edgeNum; i++) {
            //获取到第i条边的第一个顶点(起点)
            int p1 = getPosition(edges[i].start);
            int p2 = getPosition(edges[i].end);

            //获取p1 这个顶点在已有最小生成树中的终点是哪一个
            int m = getEnd(ends, p1);
            //获取p2 这个顶点在已有最小生成树中的终点是哪一个
            int n = getEnd(ends, p2);
            //是否构成回路
            if (m != n) {
                ends[m] = n; // 设置m 在"已有最小生成树"中的终点 <E,F> [0,0,0,0,5,0,0,0,0,0,0,0]
                rets[index++] = edges[i];//有一条边加入到rets数组
            }
        }
        //<E,F> <C,D> <D,E> <B,F> <E,G> <A,B>。
        //统计并打印 "最小生成树", 输出  rets
        System.out.println("最小生成树为:");
        for(int i = 0; i < index; i++) {
            System.out.println(rets[i]);
        }
    }

    public KruskalCase(char[] vertexs, int[][] matrix) {
        int vlen = vertexs.length;
        //初始化顶点, 使用复制拷贝的方式
        this.vertexs = new char[vlen];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            this.vertexs[i] = vertexs[i];
        }
        //复制拷贝邻接矩阵
        this.matrix = new int[vlen][vlen];
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = 0; j < vlen; j++) {
                this.matrix[i][j] = matrix[i][j];
            }
        }
        //统计边
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = i+1; j < vlen; j++) {
                if (this.matrix[i][j] != INF ) {
                    edgeNum++;
                }
            }
        }
    }

    //打印邻接矩阵
    public void print(){
        System.out.println("邻接矩阵:");
        for(int i = 0;i < vertexs.length;i++){
            for(int j = 0;j< vertexs.length;j++){
                System.out.printf("%10d\t",matrix[i][j]);
            }
            System.out.println();
        }
    }

    /**
     * 对边进行排序处理 ,冒泡排序
     * @param edges 边的集合
     */
    private void sortEdge(EData[] edges) {
        for (int i = 0; i < edges.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < edges.length - 1 - i; j++) {
                if (edges[j].weight > edges[j + 1].weight) {
                    EData tmp = edges[j];
                    edges[j] = edges[j + 1];
                    edges[j + 1] = tmp;
                }
            }
        }
    }

    /**
     *
     * @param ch 顶点的值, 比如'A','B'
     * @return 返回ch顶点对应的下标, 如果找不到 返回-1
     */
    private int getPosition(char ch) {
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            if (vertexs[i] == ch) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 获取图中的边, 放到Edata[]数组中,后面我们需要遍历数组
     * 是通过matrix 邻接矩阵来获取的
     * EData[] 形式 [['A','B', 12], ['B','F',7], .....]
     * @return
     */
    private EData[] getEdges() {
        int index = 0;
        EData[] edges = new EData[edgeNum];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = i + 1; j < vertexs.length; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF) {
                    edges[index++] = new EData(vertexs[i], vertexs[j], matrix[i][j]);
                }
            }
        }
        return edges;
    }

    /**
     * 获取下标为i 的顶点的终点
     *         //ends [6, 5, 3, 5, 5, 6, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
     *         //下标对应着'A','B','C' 顶点 下标的值对应代表该顶点对应着的终点
     *         // getEnd会循环处理会最后返回该顶点的终点或它本身
     *         // 如果两个顶点的getEnd返回值一样 则说明他们会形成回路
     *         //即 加入的边的两个顶点不能都指向同一个终点，否则将构成回路 !!! 重要
     * @param ends 这个数组就是记录了各个顶点对应的终点是哪个 ends数组是在遍历过程中, 逐步形成
     * @param i 传入顶点对应的下标
     * @return 返回下标为i的这个定点对应的终点对应的下标
     */
    private int getEnd(int[] ends, int i) {
        while (ends[i] != 0) {
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }
}

//创建一个类Edata, 它的对象实例就表示一条边
class EData {
    char start;//边的一个点
    char end;//边的另一个点
    int weight; // 边的权值

    public EData(char start, char end, int weight) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "EData{" +
                "start=" + start +
                ", end=" + end +
                ", weight=" + weight +
                '}';
    }
}
